670 MW火电机组集电环轴承振动分析及处理

裴海峰，王守柱，薛晓勇

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

670 MW火电机组集电环轴承振动分析及处理

裴海峰，王守柱，薛晓勇

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

针对某电厂670 MW超临界火电机组集电环轴承振动大的情况，将集电环轴承解体，通过数据分析，发电机与集电环对轮中心存在左右偏差是引起轴承运行过程中单侧轴振缓慢增大的主要原因。通过将轴承座向左侧平移，保证下部两瓦块载荷均匀，解决了轴振波动或缓慢增大问题，提高了机组运行可靠性，为存在类似问题的机组提供借鉴。

汽轮发电机组；轴瓦；振动；集电环

汽轮发电机组启动、运行、停机及盘车等过程中，各轴承振动的监测数据是保障机组安全、稳定运行的主要指标。一旦发现机组振动值异常，应立即查找原因并处理，必要时需紧急停机，确保机组安全［1］。

670 MW超临界火电机组由上海电气电站设备有限公司生产，汽轮机采用N670－24.2／566／566型超临界参数、中间再热、三缸四排汽凝汽式汽轮机，发电机为QFSN－670－2型，采用水—氢—氢冷却方式，全静态励磁系统。汽轮发电机组轴系由高中压转子、2个低压转子、发电机转子和集电环转子5个转子构成，由9个轴瓦支撑。各转子之间均采用刚性连接。高中压转子、2个低压转子分别由2个轴瓦支撑，发电机转子和集电环转子为三支撑结构，其中1～6号轴瓦为4块可倾瓦型径向轴瓦，7、8号轴瓦上半部为圆筒瓦，下半部为2块可倾瓦，9号轴瓦为4块可倾瓦。轴系布置如图1所示，集电环位于9号轴承处，各瓦的轴振传感器安装在轴瓦块顶部左、右两侧各45°方向上，由汽轮机向发电机方向，左侧45°为Y向，右侧45°为 X向。

图1 670 MW机组轴系布置图

1 存在问题

机组检修结束，启动并稳定运行后，各轴承振动测点监视数据正常，瓦温和回油温度无异常波动。该机组轴承振动设计报警值为125 μm，跳机值为250 μm。

机组启动后几个月内，9号轴Y向振动逐渐上升，且在140～228 μm波动，最大振动值达228 μm，超越报警值，接近跳机值。此过程中，9号轴X向轴承振动最大值为63 μm，无明显变化。9号轴瓦温则一直稳定在61～64℃，无严重碰磨情况发生。

图2为9号轴轴承振动趋势图，绿色为机组负荷，黄色为Y向振动，蓝色为X向振动。由振动频谱图可见，振动主要是工频振动，无规律性，频谱正常，2、3阶振动分量较小，引起振动的主要因素是轴承稳定性降低。

图2 9号轴轴承振动趋势图

2 原因分析

2014年6月3日，机组停机检修，对机组9号轴承进行解体检查，检查过程中测量数据见表1～表3，表1为9号轴颈跳动值，表2为发电机与集电环间联轴器同心度数据，表3为9号轴瓦解体后测得的各项数据。

表1 9号轴颈跳动值mm

表2 发电机与集电环间联轴器同心度数据mm

表3 9号轴瓦解体后所测各项数据mm

通过3个表数据分析，可得如下结论。

a.9号轴颈跳动值符合要求，晃动度不大于0.05 mm。

b.表2中描述发电机与集电环连接后联轴器与转子中心的同心度数据，A代表发电机侧，B代表集电环侧。用力矩扳手逐个检查发电机与集电环对轮螺栓紧固力矩，均符合最小合格力矩1 650 N·m，同心度跳动值最大为0.02 mm，符合要求，无需调整，故不需拆卸发电机与集电环间的联轴器。

c.浮动油挡径向间隙与浮动油挡轴向间隙均在设计范围内，轴瓦与轴径间隙和顶部球面间隙超出设计值，这是振动增大的主要原因。

由于发电机转子和集电环转子为三支撑结构，在发电机与集电环动平衡过程中将9号轴承上抬0.36 mm，施加预载荷，保证运行中集电环转子不发生“甩尾”现象［2－3］。在发电机与集电环连接状态下，取出下瓦，测得轴颈下沉0.94 mm。

检修前运行过程中9号瓦温一直稳定在61～64℃，没有发生轴瓦过载、瓦温过高的问题，9号轴颈下沉0.94 mm，虽远大于0.36 mm的预载荷，但可以保证9号轴稳定运行。

图3为9号下瓦就位前后轴颈相对于轴承座洼窝中心记录数据，可见轴颈就位洼窝中心和自由中心存在1.09 mm偏差，轴瓦为4块可倾瓦，转子就位后，轴颈偏向右侧1.09 mm，转子产生弹性变形。转子弹性变形施加给瓦块的反作用力使轴承左侧下瓦块受力增大，右侧下瓦块受力减小，瓦块载荷减小，使右侧瓦块稳定性变差，运行中受到扰动后易发生振动［4］，且振动方向与Y向振动探头对应。轴颈偏移后瓦块受力情况见图4。

图3 9号下瓦轴承座洼窝中心记录数据

图4 轴颈偏移后瓦块受力情况

在表3中，轴瓦与轴径间隙左侧为0.63 mm，右侧为0.45 mm，均超标。左侧瓦块顶部间隙超标近0.28 mm，由于左侧瓦块顶部间隙对应的是Y向振动探头，其不平衡性使Y向上的轴振抑制作用减小［5］。

导致瓦块顶部间隙超标原因如下。

a.轴承瓦块钨金磨损，造成瓦块顶部间隙变大。

b.9号轴瓦采用4块可倾瓦，其瓦块用带球面头的圆柱支撑。若该支撑发生变形、损坏，会造成瓦块顶部间隙变大［6］。

c.9号轴颈被磨损变细，造成瓦块顶部间隙变大。

针对以上原因进行检查，发现轴颈和轴承瓦块钨金均没有磨损情况，检查瓦块支撑圆柱见图5。

图5 9号瓦块支撑块接触球面挤压情况

由于轴颈在长期振动冲击下，发生支撑块球面挤压变大，右侧下瓦和左侧上瓦的支撑块球面被挤压变大的痕迹最为明显（对应Y向的轴振），造成左侧瓦块顶部间隙超标。

由以上分析可知，由于检修过程中发电机与集电环对轮中心存在偏差，使9号轴颈偏向一侧，造成运行中9号轴承下瓦左右两侧瓦块长期一侧受力增大（载荷增大），一侧受力减小（载荷减小）［7］。载荷减小的一侧轴瓦稳定性变差，运行过程中受到较小的激振力就会产生单侧轴振。运行初期，由于轴瓦本身对轴振抑制较好，振动表现不明显［8］。但长期振动冲击使轴瓦瓦块背部支撑块接触点变大，造成瓦块顶部间隙变大，对轴颈振动抑制减弱，单侧的振动也越来越明显。

3 处理方法及效果

轴承振动问题一般可从如下几方面进行检查：

a.检查转子、轴承是否有部件脱落或松动现象；

b.检查轴与轴之间螺栓链接是否有异常松动现象；

c.检查轴承载荷、前后轴颈相对于轴承座洼窝中心数据及瓦块顶部间隙是否在设计范围内；

d.检查轴承支撑块的材质，表面是否有磨损、开裂现象。

具体处理措施如下：

a.将9号轴承座向左侧平移1.09 mm，检查轴颈受力是否均匀，下部两瓦块载荷是否均匀；

b.打磨轴瓦支撑圆柱球面，采用在支撑圆柱背面加垫片的方法将瓦块顶部间隙调至标准范围，增大对轴振的抑制作用。

处理后，机组在转速为3 000 r／min、负荷为623 MW时启动运行，9Y方向轴振为44 μm，9X方向轴振为32 μm，绝对振动为41 μm，9号瓦温度为67℃，机组运行稳定。

4 结束语

汽轮发电机组振动是十分复杂的问题，现场的故障诊断和原因分析应注意结合机组运行数据和检修经验，才会得到显著效果。

［1］ 程 健，张 斌.发电机轴瓦振动的处理［J］.东北电力技术，2011，32（10）：24－25.

［2］ 路军锋，袁 博，黄润泽.325 MW汽轮发电机组油膜振荡分析及处理［J］.东北电力技术，2013，34（10）：18－19.

［3］ 马孝栋，赵卫华，谈肇贤.600 MW汽轮发电机组调试中的振动监测与诊断［J］.东北电力技术，2014，35（2）：46－49.

［4］ 陆颂元.汽轮发电机组振动［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［5］ 肖增弘.旋转机械故障诊断的模糊识别［J］.东北电力技术，1996，17（4）：4－5.

［6］ 张宏奎.汽轮发电机组振动现场故障诊断与分析［J］.东北电力技术，2004，25（1）：24－25.

［7］ 刘 石.新装超临界600 MW机组振动问题分析及处理［J］.南方电网技术，2009，3（z）：6－7.

［8］ 崔亚辉，张俊杰，陈正飞，等.超超临界1 000 MW机组振动波动故障分析及处理［J］.东北电力技术，2014，35（1）：16－17.

Analysis and Treatment for Shaft Vibration Problems of 670 MW Thermal Power Unit

PEI Hai⁃feng，WANG Shou⁃zhu，XUE Xiao⁃yong
（Huadian Weifang Power Generation Co.，Ltd.，Weifang，Shandong 261204，China）

According to the problems of greater vibration for the generator axletree tile in 670 MW turbine sets，the generator axletree tiles are broke up.Wheel center deviation is caused by bearing unilateral axial vibration which is the main reason by analyzing the data. By moving the box to the left shift，it can ensure two segment at the bottom of uniform load，solve axletree fluctuation and improve the unit operation reliability.This paper can provide an important reference for the similar vibration fault.

Turbine⁃generator unit；Bush；Vibration；Slip⁃ring

TM311；TK268

A

1004－7913（2015）10－0045－04

裴海峰（1978—），男，学士，高级工程师，从事汽轮机检修工作。

2015－05－20）